Chauffe-eau solaire individuel : chauffer l'eau avec une énergie gratuite

L’augmentation tarifaire des factures d’électricité vous donne le tournis ? Vous souhaitez sécuriser vos dépenses et la quantité d’eau chaude que vous pouvez produire, tout en préservant votre confort ?

Si vous recherchez plus d’indépendance, d’autonomie et de résilience, cette solution va vous intéresser.

Aujourd’hui encore plus qu’avant, c’est indispensable pour faire face aux incertitudes tout en contribuant à l’effort commun pour cette transition un peu… « sportive ».

Le chauffe-eau solaire utilise la seule ressource que tout le monde peut gratuitement avoir… le soleil ! 

Qu'est-ce qu'un chauffe-eau solaire ?

Il s'agit d'un système de récupération de l'énergie solaire, pour produire en partie ou totalité l'eau chaude sanitaire de votre logement. Dans ce cas précis, il s'agit de CESI : Chauffe-Eau Solaire Individuel.

Le CESI peut assurer de 50 à 70% des besoins en eau chaude sanitaire tout en réduisant la facture énergétique. Le solaire thermique se substitue partiellement ou totalement aux autres sources d'énergie telle que l'électricité, le gaz, le fioul, biomasse, etc.

Il est composé de trois éléments principaux :

• Les panneaux solaires thermiques (aussi appelés capteurs) : ils sont installés sur votre toiture pour capter les rayons du soleil.

• Le ballon (ou cumulus) solaire : équipé d'un échangeur thermique, il assure le transfert des calories entre le fluide chauffé par le soleil et l'eau sanitaire du ballon.

• Chauffage d'appoint : pour assurer une production d'eau chaude toute l'année et quelle que soit la météo, une résistance électrique prend généralement le relais en l'absence de rayonnement. Ce chauffage d'appoint peut également être assuré par une pompe à chaleur (PAC), une chaudière gaz, bois ou fioul.

D'autres éléments peuvent être nécessaires en fonction du type d'installation choisie comme le circulateur, le vase d'expansion, la régulation. Si vous êtes sur la région lyonnaise, nous avons des ballons solaires en stock à Rillieux-la-Pape. 

Comment fonctionne un chauffe-eau solaire ?

Les capteurs solaires transforment l’énergie solaire, plus exactement le rayonnement solaire, en énergie thermique. C'est-à-dire qu’ils vont transmettre de la chaleur et non de l’électricité (pour rappel l'électricité est produite grâce à un panneau photovoltaïque).

Cette chaleur est transférée des capteurs au ballon grâce à un fluide caloporteur (= qui transporte la chaleur) qui circule dans des tubes en cuivre ou en inox ou en multicouche.

Le liquide caloporteur passe ensuite par un échangeur situé dans le bas du ballon d'eau chaude et va transmettre ses calories vers l'eau sanitaire.

@source ADEME

En transmettant la chaleur dans le ballon, le liquide caloporteur reste en mouvement et se refroidit tandis que l’eau se réchauffe. Il retourne alors vers les capteurs solaires thermiques pour commencer un nouveau cycle de chauffe.

L’eau du ballon réchauffée est ensuite utilisée par le foyer dans la salle de bain ou la cuisine.

Avantages et inconvénients du système de chauffage solaire

Avantages d’un chauffe-eau solaire individuel

• Utilisation d'une énergie vraiment renouvelable, gratuite, écologique et disponible de façon illimitée,
• Fiabilité : 20 à 30 ans pour les capteurs et le cumulus solaire
• Un retour sur investissement de plus en plus rapide compte tenu de l'augmentation du prix des énergies fossiles comme le gaz ou de l'électricité.

Inconvénients d’un chauffe-eau solaire individuel

• L’apport solaire varie lors de la journée et au fil des saisons, puisqu'il dépend de l’ensoleillement. Il faut donc prévoir un dispositif d’appoint pour répondre à vos besoins en toutes circonstances et venir compenser quand l’ensoleillement est insuffisant.
• L'investissement pour ce type d'installation sera supérieur aux installations plus conventionnelles (cumulus électrique ou ballon thermodynamique). Notez que vous pouvez bénéficier d'aides de l'État comme Ma prime Renov.
• Poser un système de panneaux solaires et un ballon, demande d’avoir suffisamment de place pour le faire, en extérieur et en intérieur.

Les différents types de capteurs solaires

Pour comprendre ce qu’est un chauffe-eau solaire et comment il fonctionne, il faut savoir qu’il y a plusieurs types de systèmes de chauffe-eau solaire et qu’il y a également différents types de capteurs.

Le choix de cet élément clé va dépendre de la température avec laquelle on souhaite travailler, du prix ou de la disponibilité. 

Capteur plan ou vitré

C'est le modèle de capteur le plus courant. Il apparait sous forme de panneaux épais (environ 90 mm). Il s’agit d’une sorte de caisson thermiquement isolé et recouvert d’un vitrage. La surface d'un capteur varie selon les fabricants, mais ils font en général de 1.5 à 2.5 m².

À l’intérieur, un tuyau rempli du fluide caloporteur serpente sur toute la surface du capteur. Il est posé sur un isolant pour conserver au maximum la chaleur récupérée. Il est recouvert par une plaque métallique foncée (l'absorbeur) pour capter le maximum d'énergie solaire.
Le cadre en aluminium assure la rigidité du capteur et la vitre permet de laisser passer les rayons lumineux tout en gardant l'intérieur du capteur étanche.

Champs d'application : ces capteurs peuvent être utilisés pour les chauffe-eaux solaires individuels ou collectifs ainsi que pour les systèmes solaires combinés (SSC) qui produisent également l'eau de chauffage du logement.

Capteur sous vide

Ils apparaissent sous forme de tubes noirs reliés entre eux par des barres de maintien.
Le fluide caloporteur circule à l’intérieur d’un double tube sous vide teinté de noir (nitrure d’aluminium), qui absorbent les rayons du soleil.
Les rayons du soleil viennent directement sur le tube ou indirectement par réflexion grâce à l’apport des miroirs paraboliques d’arrière-plan.

Le tube sous vide possède une meilleure isolation que le capteur plan ce qui donne un rendement supérieur de 30% en hiver. Pour le reste de l'année, c'est équivalent.
En revanche, ces capteurs sont plus compliqués à produire, ce qui augmente le coût de production.

Champ d'application : les tubes sous vide sont également utilisés pour les chauffe-eaux solaires individuels ou collectifs ainsi que pour les systèmes solaires combinés (SSC), mais également sur certaines applications industrielles.

Capteur moquette

Il est composé de caoutchouc souple très résistant dans lequel l’eau circule. Ce système est moins spécifique technologiquement parlant, il est donc le moins coûteux de tous. Il n’est cependant pas assez efficace pour chauffer l’eau chaude sanitaire, sauf si vous vous trouvez dans un pays chaud.

Champ d'application : le capteur moquette est utilisé principalement pour réchauffer l’eau des piscines. Il peut également servir à la production d'eau chaude sanitaire dans les régions chaudes.

source : Astrapool

Fonctionnement des chauffe-eaux solaire (CESI)

On distingue au moins 3 sortes de systèmes de chauffes-eau solaires thermiques :

CESI sous-pression

Système historique, il est le plus diffusé, présent chez tous les constructeurs, adaptable à toutes les situations. Le fluide caloporteur est de l’eau dans laquelle il a été rajouté du « glycol » pour ses qualités d’antigel et d’excellence pour la transmission de chaleur.  
Celui-ci ne va pas se vidanger et c’est là sa limite. En effet, lorsque la pompe est arrêtée (Température du ballon à 85°C / coupure d'électricité), le liquide caloporteur glycolé reste dans les capteurs et va monter en température. Il peut alors surchauffer et se détériorer.
Pour contrer cet effet et garder une efficacité du système, il faudra donc l’entretenir régulièrement, notamment en remplaçant le fluide caloporteur.

CESI Thermosiphon

C'est le système le plus simple et le plus courant dans les zones géographiques qui ne sont pas soumissent au gel.

Le ballon est situé au-dessus des capteurs, sur le toit ou dans les combles. Ils doivent être à proximité du ballon. Le fluide caloporteur qui se réchauffe dans les capteurs monte naturellement dans le ballon et pousse le fluide plus froid vers le capteur. Pas besoin de circulateur ou régulation couteuse. Toutefois, on peut retrouver les mêmes problèmes liés à la surchauffe que le CESI sous pression.

CESI auto-vidangeable

Le CESI autovidangeable a pour but de supprimer les effets de la surchauffe des capteurs en été. L'objectif est de les vider de leur fluide lorsqu'il n'y a pas de calories à aller récupérer (lorsque les capteurs sont trop froids ou que le ballon a atteint sa température maximale). Cette installation suppose que les capteurs soient installés plus haut que le ballon et que la liaison solaire ait une pente continue pour que le fluide puisse bien s'écouler.

La charge d'entretien est alors grandement diminuée et l'installation gagnera en longévité.

Les solutions autovidangeable sont moins connues, car elles ne sont pas proposées par tous les fabricants.

• Il existe des solutions autovidangeables glycolées qui nécessitent une petite réserve de vidange à côté du ballon pour stocker le fluide caloporteur.
• Il existe égalements des solutions très spécifiques de CESI autovidangeable à l'eau pour pousser la simplicité de mise en œuvre et d'utilisation à son maximum (ROTEX, HELIOFRANCE). Ces solutions sont possibles : les fabricants ont développé un modèle de ballon en polypropylène qui ne craint pas la corrosion et reste ouvert à la pression atmosphérique.

La solution autovidangeable est à privilégier lorsque la configuration d'installation le permet. Dans le cas contraire, la solution sous pression sera la plus appropriée.

Combien coûte l’installation d’un chauffe-eau solaire ?

Comptez de 4 000 à 7 000 euros, avec la pose pour un kit avec un ballon de 200 à 300 litres, couplé à 3 à 5 m² de capteurs. 

Cela correspond globalement aux besoins d’une famille. Les prix varient en fonction du dimensionnement de l’installation : taille du ballon et superficie des panneaux.

Un tarif qui peut sensiblement varier selon les installateurs et le type de chauffe-eau solaire sélectionné. Ce type d’amélioration énergétique entre dans le cadre du plan de résilience : renseignez-vous pour votre éligibilité et le montant de l’aide Ma Prime Renov.

Rentabilité

Le retour sur investissement d’une installation de production d’eau chaude solaire est de 10 à 15 ans en moyenne.

Il faut également considérer que vous améliorez votre autonomie énergétique.

En effet, il est intéressant de ne pas s’arrêter uniquement au calcul financier, les paramètres économiques pouvant changer beaucoup plus rapidement que prévu.

La durée de vie des éléments est relativement grande, sous réserve qu’elle soit bien entretenue : un minimum de 10 ans pour les composants les plus fragiles et jusqu'à 30 pour les capteurs solaires.

2 questions avant d'investir dans un chauffe-eau solaire

Les apports solaires

La solution idéale, vous l’aurez compris, est d’installer les capteurs orientés vers le sud avec une inclinaison de 40-45 degrés. Si vous avez une pente qui diffère, votre installation sera sans doute un peu moins efficace mais elle restera intéressante.
Un professionnel pourra se rendre à votre domicile pour évaluer la faisabilité de votre projet.

Les masques solaires

Il faudra observer les masques solaires. Ceux-ci peuvent perturber l’ensoleillement de votre installation en projetant une ombre, réduisant l’efficacité des capteurs solaires et donc, leur rendement.
L’endroit où ils vont être installés doit être bien étudié.
Il faudra vérifier les ombres portées par les éléments du toit, les arbres, les maisons ou encore par les immeubles avoisinants.

Préparer l’installation de son chauffe-eau solaire

Les démarches obligatoires pour installer un chauffe-eau solaire

Pour poser des capteurs solaires sur le toit de votre maison, vous devez faire la demande d’autorisation auprès de votre mairie, que vous soyez en projet de maison neuve ou une rénovation. En effet, vous modifiez l'aspect extérieur de votre bâtiment.

Retrouvez l'ensemble des conditions sur le site du service public ainsi que la page concernant la déclaration préalable de travaux.

Les documents d’urbanisme sont consultables auprès de votre commune et vous renseigneront sur les conditions à respecter sur l’aspect de votre logement.

Pour vous faciliter la vie, vous pouvez directement télécharger le formulaire (CERFA 13703-09)

Si vous vous trouvez dans un site classé, c’est auprès de l’architecte des Bâtiments de France qu’il faudra présenter et faire valider votre projet.

Qui peut installer un chauffe-eau solaire ?

Pour installer un chauffe-eau solaire, nous vous conseillons de passer par un artisan spécialisé (formation RGE Qualisol, Réseau Proeco Energie...). En effet, votre artisan doit être sensibilisé à la pose des capteurs solaires thermiques, en respectant les conditions de sécurité et sans mettre en péril la charpente et l'étanchéité de la toiture.

Où placer les capteurs solaires ?

Pour que le rendement thermique de votre chauffe-eau solaire individuel soit optimal, la solution idéale consiste à les poser sur la face sud de votre toiture, avec une inclinaison de 40 à 50° par rapport à l'horizontale.

Dimensionner l’installation de son chauffe-eau solaire

Il est souvent recommandé de se faire accompagner pour calculer le dimensionnement de son chauffe-eau solaire.
En effet, outillé correctement et en ayant les codes de compréhension techniques, il faudra estimer différents paramètres tels que : l'inclinaison du plan, l’orientation, l’albédo du sol, la surface de capteurs calculé, les besoins journaliers calculés, la température à laquelle on doit mettre l’eau pour, notamment, qu'elle réponde aux normes sanitaires en fonction du dimensionnement.

Dans le calcul, on prendra également en compte l’irradiation annuelle moyenne de votre localisation, les divers masques solaires, qu’ils soient proches ou éloignés et leur incidence selon la saison.

Lors de son accompagnement, le professionnel a un devoir de conseil et d’écoute du besoin client. Vous pourrez ainsi lui poser les questions adéquates et ainsi aller vers le meilleur compromis pour votre habitation.

Dimensionnement du ballon de votre installation

Commencez par déterminer le volume du ballon en fonction des besoins du foyer. On compte en moyenne 40 litres/jour/personne. Il est possible de raccorder les diverses machines (machine à laver, lave-vaisselle...). Il faut alors déterminer le besoin de ces appareils.

Il est intéressant de profiter de ce moment pour évaluer s'il est possible de diminuer les besoins en eau chaude du foyer grâce à des paumes de douches économes ou des mousseurs.

Le volume calculé correspond au volume chauffé par l'appoint en l'absence de soleil. Il faudra donc multiplier par 1.5 à 2 fois ce volume pour avoir le volume de votre ballon solaire. 

Pour une famille de 3 à 4 personnes, on optera généralement pour un ballon solaire d’au moins 200 litres.

Dimensionnement des panneaux solaires

La contenance du ballon est un facteur important pour le calcul de la superficie des capteurs solaires.
On considère en moyenne, 1 m² de capteurs pour 50 à 75 litres de stockage. La surface de capteur est calculée en fonction de la performance des capteurs, de la taille du volume de stockage.

Voici les préconisations de l'ASDER sur le sujet :

À noter : Le bon dimensionnement va différer selon votre région. Dans le sud, 2 à 3 m² peuvent suffire pour un ballon de 200 litres, alors que dans le nord il faudra prévoir entre 4 et 6 m².

Outre les éléments abordés plus haut et si vraiment, vous avez envie de vous essayer à un calcul, l'INES (Institut National des Énergies Solaires) a mis en ligne un logiciel gratuit et accessible sur internet, appelé : “CalSol”.
Ce dernier permet de calculer la surface de panneaux dont vous avez besoin entre autres (dont le retour sur investissement).

Serait-il intéressant de surdimensionner ?

Le surdimensionnement est déconseillé pour les raisons suivantes :
-    Un ballon trop gros vous fera perdre de la place,
-    L’eau sera chauffée inutilement,

-    Augmentation des problèmes de surchauffe du champ de capteurs, 
-    La stagnation de l’eau stockée favorise l’apparition de bactéries comme la légionellose, très dangereuses pour la santé humaine. S’en débarrasser contraint parfois à changer tout son système.

- Les capteurs solaires auront une moins bonne productivité.

- Le retour sur investissement sera moins bon.

Serait-il intéressant de sous-dimensionner ?

Sous dimensionner le ballon solaire vous fera inévitablement perdre en confort lorsque les journées seront nuageuses.

Il vaut mieux sous dimensionner la surface de capteurs installée que la surdimensionner. La productivité moyenne des capteurs sera plus importante et vous réduirez l'investissement.

Malgré cela, le rendement de l'installation ou taux de couverture solaire sera moindre.

Quelle est la durée de vie d'un chauffe-eau solaire ?

La durée de vie d’un chauffe-eau solaire varie selon les modèles et les constructeurs de 15 à 20 ans. Bien entretenu, ce matériel peut même largement dépasser cette durée.
Elle dépasse généralement celle d’un système thermodynamique, plus technologique donc plus fragile et globalement avec une moins bonne maitrise des règles d'installation.
Comme tout équipement technique, la maintenance et un bon entretien jouent un rôle essentiel sur la durabilité d’un chauffe-eau solaire.

Comment entretenir son système de chauffe-eau solaire ?

L’entretien du système

Si vous souhaitez que votre installation vous dure longtemps et qu’elle ait un rendement optimal, assurer son bon fonctionnement par un entretien régulier est indispensable.

Pour ce faire, il est recommandé de :
•    Regarder régulièrement les niveaux de pression (fluide caloporteur)
•    Regarder l’isolation du circuit hydraulique
•    Inspecter la pompe de circulation (uniquement dans le cas d’un chauffe-eau solaire à pompe électrique).
•    S’assurer que la régulation fonctionne correctement
•    Prévoir la visite d’un professionnel tous les deux à trois ans (certains fabricants proposent un suivi)

L’entretien des panneaux solaires thermiques

Pour ce qui est du nettoyage des panneaux, la pluie devrait être assez efficace.
Cependant, si vous habitez à proximité d’une source de poussière ou de salissures (usine, arbres, fumées, sable…), il faudra procéder à un lavage régulier.

Il est possible de nettoyer soi-même ses panneaux avec de l’eau claire, tiède, et une éponge non abrasive lorsqu’ils sont refroidis (attention à votre sécurité !).
Une attention particulière doit être portée aux rails collecteurs d’eau de pluie ; rien ne doit venir obstruer l’écoulement, car les bouchons pourraient créer des points chauds.

Quelles sont les marques de chauffe-eau solaire françaises ?

• Heliofrance
• Atlantic
• Saunier Duval
• Giordano

Questions fréquentes sur le chauffe-eau solaire

Qui peut me renseigner sur les aides financières ?

Rapprochez-vous d'un conseiller France Renov, ce sont les personnes les plus compétentes sur le sujet. 

Chauffe-eau solaire ou thermodynamique ?

Avantages d'un chauffe-eau solaire par rapport au thermodynamique :

• Fiabilité prouvée
• Impact environnemental beaucoup plus faible en cas de fuite (le chauffe-eau thermodynamique utilise un fluide frigorigène extrêmement néfaste au niveau du pouvoir du réchauffement global)

Inconvénient d'un chauffe-eau solaire par rapport au thermodynamique :

• Investissement initial plus important

Puis-je utiliser un chauffe-eau solaire individuel en montagne ?

C'est une excellente solution car :

• l'ensoleillement est supérieur aux couches inférieures
• Rayonnement plus direct
• La réverbération de la neige optimise le rayonnement

Les rendements obtenus sont meilleurs que dans les plaines alors que l'on pourrait penser que les températures sont plus clémentes.

Pour aller plus loin :

• Faire une demande de devis à mon collègue Benjamin
• Découvrez le dossier de l'ADEME sur l'énergie solaire pour produire la chaleur à la maison